本发明提供一种小卫星载荷热控系统，包括：结构板、相变模块和均温膜；结构板采用导热材料制成，结构板设有容置空间，容置空间具有敞口，相变模块设于容置空间中，均温膜设于结构板的一侧，均温膜环绕敞口布设；其中，第一功能器件能够与均温膜背离结构板的一侧抵接，第二功能器件能够与相变模块背离容置空间底壁的一侧抵接。第一功能器件产生的热量可以通过均温膜快速传递至结构板，第二功能器件产生的热量可以通过相变模块快速传递至结构板，均温膜质轻、热导率高、成本低，能有效解决高热流密度导致的局部温升的问题，相变模块能有效提升小卫星载荷的热容，其能够提高小卫星载荷热容，解决高热流密度的难题，实现了高可靠、低成本的要求。